Ảnh hưởng của một số chủng vi khuẩn lam lên sự nảy mầm và một số chỉ tiêu sinh lí ở giai đoạn cây non của giống lúa nhị ưu 838 và nhị ưu 63

Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành Sinh lý - Sinh hóa thực vật Trờng đại học vinh Khoa sinh học ---------*O*--------- Lê thị huyền ảnh hởng của một số chủng vi khuẩn lam lên sự nảy mầm và một số chỉ tiêu sinh lý ở giai đoạn cây non của giống lúa nhị u 838 và nhị u 63 Khóa luận tốt nghiệp đại học ngành cử nhân khoa học sinh học Lê Thị Huyền - 42E2 Sinh 1 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành Sinh lý - Sinh hóa thực vật Vinh - 2006 Lời Cảm Ơn Để hoàn thành đề tài này ngoài sự nỗ lực của bản thân em còn nhận đợc sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và bạn bè. Trớc hết em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy giáo, TS. Nguyễn Đình San đã tận tình hớng dẫn và giúp em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới thầy giáo, Th.S. Nguyễn Đức Diện, cùng các thầy giáo và các cô trong bộ môn sinh lý- Hoá sinh. Ban chủ nhiệm khoa sinh học trờng Đại học Vinh, các anh chị cao học, bạn bè, ng- ời thân đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và động viên em trong quá trình thực hiện đề tài này. Tuy đã có nhiều cố gắng, song bản khoá luận này cũng không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn. Vinh, tháng 5 năm2006 Tác giả Lê Thị Huyền Lê Thị Huyền - 42E2 Sinh 2 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành Sinh lý - Sinh hóa thực vật Mục lục Trang Mở đầu 01 Chơng I: Tổng quan tài liệu 03 1.1. Tình hình nghiên cứu vi khuẩn lam trên thế giới và ở Việt Nam 03 1.1.1. Tình hình nghiên cứu vi khuẩn lam trên thế giới 03 1.1.2.Tình hình nghiên cứu vi khuẩn lam ở Việt Nam 04 1.2. Nghiên cứu ứng dụng của vi khuẩn lam trong một số các lĩnh vực khác 05 1.3. Các yếu tố ảnh hởng đến sinh trởng của vi khuẩn lam 08 1.3.1. ánh sáng 08 1.3.2. Nhiệt độ 08 1.3.3. Độ pH môi trờng 09 1.3.4. Các nguyên tố khoáng 09 1.4. Một vài nét về cây lúa 10 1.4.1. Nguồn gốc cây lúa 10 1.4.2. Phân loại 11 1.4.3. Đặc điểm sinh trởng và phát triển của cây lúa 11 1.4.4. Đặc điểm sinh thái của cây lúa 11 Chơng II: Đối tợng, nội dung và phơng pháp nghiên cứu 14 2.1. Đối tợng và nội dung nghiên cứu 14 2.1.1. Đối tợng nghiên cứu 14 2.1.2. Nội dung nghiên cứu 15 2.2.2. Thời gian nghiên cứu 15 2.3. Phơng pháp nghiên cứu 15 2.3.1. Phơng pháp nuôi vi khuẩn lam 15 2.3.2. Phơng pháp xác định sinh khối của vi khuẩn lam 15 2.3.3. Bố trí thí nghiệm 15 2.3.4. Phơng pháp xác định các chỉ tiêu sinh lý nảy mầm 16 2.3.5. Phơng pháp xác định một số chỉ tiêu sinh lý, sinh trởng của lúa ở giai đoạn mạ 16 2.4. Phơng pháp xử lý số liệu 17 Chơng III: Kết quả nghiên cứu và thảo luận 18 3.1. Sự tăng sinh khối của vi khuẩn lam sau 15, 30 ngày 18 Lê Thị Huyền - 42E2 Sinh 3 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành Sinh lý - Sinh hóa thực vật 3.2. Các chỉ tiêu sinh lý nảy mầm 18 3.2.1. ảnh hởng của dịch vẩn vi khuẩn lam Calothrix marchica, Scytonema ocellatum đến tốc độ và tỷ lệ nảy mầm của hai giống lúa Nhị u 838 và Nhị u 63 18 3.2.2. ảnh hởng của dịch vẩn vi khuẩn lam Calothrix marchica, Scytonema ocellatum đến sinh trởng thân mầm của hai giống lúa Nhị u 838 và Nhị u 63 20 3.2.3. ảnh hởng của dịch vẩn vi khuẩn lam Calothrix marchica, Scytonema ocellatum đến sinh trởng rễ mầm của hai giống lúa Nhị u 838 và Nhị u 63 22 3.2.4. ảnh hởng của dịch vẩn vi khuẩn lam Calothrix marchica, Scytonema ocellatum đến cờng độ hô hấp của hai giống lúa Nhị u 838 và Nhị u 63 24 3.3. ảnh hởng của dịch vi khuẩn lam đến các chỉ tiêu sinh lý, sinh tr- ởng của hai giống lúa Nhị u 838 và Nhị u 63 ở thời kỳ mạ 20 ngày 26 3.3.1. ảnh hởng của dịch vẩn vi khuẩn lam lên diện tích lá của hai giống lúa Nhị u 838 và Nhị u 63 26 3.3.2. ảnh hởng của dịch vẩn vi khuẩn lam lên hàm lợng diệp lục của hai giống lúa Nhị u 838 và Nhị u 63 27 3.3.3. ảnh hởng của dịch vẩn vi khuẩn lam lên cờng độ quang hợp của hai giống lúa Nhị u 838 và Nhị u 63 29 Kết luận và kiến nghị 31 A. Kết luận 31 B. Kiến nghị 32 Tài liệu tham khảo 33 Mở Đầu Lúa là cây lơng thực ngắn ngày quan trọng mang tính chủ lực trong sản xuất nông nghiệp và đợc trồng ở nhiều vùng luân canh theo mùa vụ. Để nâng cao năng suất và sản lợng lúa, bên cạnh việc tạo ra những giống lúa có năng suất cao và chất lợng tốt thì trong đó nên áp dụng các biện pháp kỹ thuật Lê Thị Huyền - 42E2 Sinh 4 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành Sinh lý - Sinh hóa thực vật vào nông nghiệp. Trong đó việc sử dụng các nguồn phân bón vô cơ và hữu cơ đang đợc đẩy mạnh để làm tăng sự bội thu của mùa vụ. Tuy vậy sử dụng các nguồn phân bón, đặc biệt là phân bón hoá học đã để lại hậu quả xấu cho môi tr- ờng nớc và đất bị thoái hoá. Việc sử dụng phân bón hoá học để nâng cao năng suất cây trồng đã để lại hậu quả ô nhiễm môi trờng và làm giảm độ phì của đất, đồng thời làm tăng lợng nitơ (vô cơ), trong nông phẩm, có hại cho sức khỏe con ng- ời. Để hạn chế những tiêu cực trên đối với môi trờng ngời ta đã sử dụng các nguồn phân bón sinh học để thay thế một phần phân bón hoá học. Việc sử dụng vi khuẩn lam cố định nitơ làm nguồn phân bón cho ruộng lúa cũng nh các hoạt động cố định nitơ ở các địa phơng các lãnh thổ khác nhau đã giành đợc sự chú ý của các nhà khoa học, đặc biệt ở các nớc vùng trồng lúa ở Châu á nh Nhật Bản, Trung Quốc, ấn Độ, Ai Cập Ngày nay vi khuẩn lam đợc tập trung nghiên cứu sản xuất trên quy mô lớn, nó đợc sử dụng nh một tác nhân hữu hiệu trong biện pháp sinh học, xử lý các nguồn nớc thải, khai thác giá trị dinh dỡng và dợc liệu, làm thức ăn cho chăn nuôi. Ngoài việc cố định đạm cung cấp nitơ cho cây trồng, nuôi cấy vi khuẩn lam ở ruộng lúa nớc có thể làm tăng hàm lợng ôxi hoà tan, do đó nó loại trừ đợc sự tích luỹ sắt sun phát và khử độc cho lúa, sự phát triển của vi khuẩn lam có thể làm tăng khả năng giữ nớc, độ thoáng khí, cải tạo đất mặn và đất chua. Vi khuẩn lam có thể tiết vào môi trờng các chất có hoạt tính sinh học cao kích thích sự sinh trởng của cây trồng. Điều đó cho thấy khả năng ứng dụng vi khuẩn lam vào thực tiễn sản xuất là rất lớn. Xuất phát từ thực tế đó chúng tôi tiến hành tìm hiểu đề tài: ảnh hởng của một số chủng vi khuẩn lam lên sự nảy mầm và một số chỉ tiêu sinh lý ở giai đoạn cây non của giống lúa Nhị u 838 và Nhị u 63. Lê Thị Huyền - 42E2 Sinh 5 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành Sinh lý - Sinh hóa thực vật Qua việc thăm dò tác dụng của vi khuẩn lam cố định đạm lên sự nảy mầm và sinh trởng của lúa, trên cơ sở đó đề xuất sử dụng chúng nh một biện pháp sinh học để tăng năng suất lúa và thay thế một phần phân bón hoá học. CHƯƠNG I tổng quan tài liệu 1.1. Tình hình ngiên cứu vi khuẩn lam trên thế giới và ở Việt Nam 1.1.1. Tình hình nghiên cứu vi khuẩn lam trên thế giới: Vi khuẩn lam là những sinh vật tự dỡng có kích thớc hiển vi sống ở nhiều môi trờng nhng chủ yếu sống trong môi trờng nớc. Lê Thị Huyền - 42E2 Sinh 6 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành Sinh lý - Sinh hóa thực vật Việc nghiên cứu vi khuẩn lam trên thực tế đã có từ lâu và đợc tiến hành theo nhiều hớng khác nhau. Trớc hết là điều tra phân loại và tìm hiểu quy luật phân bố của chúng, sau đó đi sâu vào tìm hiểu bản chất của quá trình trao đổi chất của vi khuẩn lam và cuối cùng nghiên cứu ứng dụng phục vụ lợi ích con ngời [ 5 ]. Những công trình nghiên cứu vi khuẩn lam đầu tiên đợc tiến hành trong nửa đầu thế kỷ XIX (C.Agardh,1824; Kuetzing,1843). Cơ sở hệ thống phân loại vi khuẩn lam đầu tiên do Thuret (1875) đặt nền móng. Về sau đợc Kirchner (1900) phát triển, cùng với sự đóng góp Stizenberger (1860) và Sach (1874) và tiếp theo sau đó hàng loạt công trình phân loại tảo lam của các nhà tảo học có tên tuổi khác đã khiến cho tri thức tảo lam tăng lên rất nhiều [ theo 22]. Sau năm 1914 đã xuất hiện hàng loạt hệ thống mới về phân loại vi khuẩn lam, số lợng loài ngày một tăng. Đó là công trình của (Elenkin 1916, 1923, 1936; Borch 1914, 1916, 1917; Geitler 1925, 1932). Những năm tiếp theo các nhà tảo học Liên Xô (cũ) đã tiếp tục phát triển theo h- ớng này nh (Gollerbax, Kosinski, Polianski, 1953) với những công trình gần đây nhất của Kondratieva (1968). Hớng nghiên cứu phân loại vi khuẩn lam vùng nhiệt đới có thể coi nh: P.Fremy (1930) là những ngời đầu tiên đã có công khai phá [ theo 22]. Cùng với những nghiên cứu phân loại và những nghiên cứu khả năng đồng hoá nitơ phân tử. Frank (1889) là ngời đầu tiên nghiên cứu về vấn đề này, sau đó Drew (1928) cũng đã nghiên cứu trên một số chủng vi khuẩn lam, những chủng này cho thấy chúng có khả năng đồng hoá nitơ phân tử. Cùng thời gian này còn có các công trình nghiên cứu của Fritsch (1938, 1939) đã tìm hiểu nguyên nhân một số vùng đất chuyên trồng lúa nhiều năm không bón phân ở ấn độ mà cây lúa vẫn phát triển và cho thu hoạch tốt. Kết quả cho thấy đất trồng đã tích luỹ một l ợng đạm đáng kể do vi khuẩn lam tổng hợp. Tiếp đến hàng loạt công trình nữa của Fogg (1942, 1951, 1956, 1962); Singh (1942, 1961); Herisset (1946, 1952); Watanabe (1950, 1956, 1962, 1965, 1966.) đã tìm hiểu mối quan hệ giữa sự cố định nitơ với các hoạt động khác của vi khuẩn lam [theo 21]. Trong những thập kỷ gần đây việc sử dụng vi khuẩn lam làm nguồn phân bón cho ruộng lúa đã giành đợc sự chú ý của nhiều nhà khoa học. Đặc biệt là các vùng trồng lúa ở Châu á nh: Nhật Bản, ấn Độ, Trung Lê Thị Huyền - 42E2 Sinh 7 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành Sinh lý - Sinh hóa thực vật Quốc, Ai Cập. Các hoạt hoá enzim trong quá trình cố định nitơ hiện nay đang là mối quan tâm của nhiều nhà khoa học nghiên cứu nh Wilson a. Burris (1960), Schneider và cộng sự (1960), Singh (1960), Stina (1970). Về sau hàng loạt công trình tập trung nghiên cứu vi khuẩn lam cố định nitơ của Venkataraman 1982 [29], Roger 1989 [28]. Ngoài ra các nhà khoa học còn quan tâm tới độc tố của chúng tiết ra. Đến (1940) việc phân lập xác định vi khuẩn lam độc mới đợc Theodose alson - Đại học tổng hợp Minnesoto (Mỹ) tiến hành. Ông đã thu đợc những mẫu nở hoa màu xanh và phân lập đợc nhiều vi khuẩn lam thuộc chi Microcystis và Anabaena. Sau đó nhiều nghiên cứu về độc tố của vi khuẩn lam trong các thuỷ vực đợc tiến hành trên toàn thế giới [11]. 1.1.2. Tình hình nghiên cứu vi khuẩn lam ở Việt Nam ở Việt Nam, từ giữa sau thế kỷ XIX mới đợc các nhà khoa học quan tâm, công trình đầu tiên về vi khuẩn lam là P.Fremy (1927) đã công bố 3 loài Tảo lam ở Việt Nam trên cơ sở định loại mẫu do Gaument thu thập. Ngời Việt Nam nghiên cứu và công bố kết quả đầu tiên về vi khuẩn lam là Cao Ngọc Phơng (1964), bà đã viết về 23 taxon tảo lam sát mặt đất Sài Gòn và Đà Lạt, trong đó có 11 chi với 2 chi có tế bào dị hình và 9 chi không có tế bào dị hình, một loài mới đối với khoa học. Tháng 1 năm 1966, phân tích nớc hồ Hoàn Kiếm trong thời điểm nở hoa, nhà Tảo học ngời Hungari T. Hortobagyi đã xác định đợc 24 taxon vi khuẩn lam thuộc về 14 chi với 1 chi có tế bào dị hình, 13 chi không có tế bào dị hình [theo 21]. Trong bài báo về vi khuẩn lam cố định trên đất trồng lúa miền Bắc Việt Nam của Dơng Đức Tiến (1977) đã công bố 13 loài vi khuẩn lam thuộc 6 chi với 4 chi có tế bào dị hình và 2 chi không có tế bào dị hình với đặc điểm phân loại và khả năng cố định nitơ của chúng. Trần Văn Nhị và cộng sự (1984)[17] đã nâng tổng số vi khuẩn lam ở Việt Nam lên tới 40 taxon, gồm 17 chi trong đó 16 chi có tế bào dị hình và 1 chi dạng sợi không có tế bào dị hình. Nghiên cứu vi tảo và vi khuẩn lam trong đất ngoại thành Hà Nội và vùng phụ cận, Nguyễn Thị Minh Lan (2000,2001)[15] đã tiến hành ngiên cứu điều tra thành phần loài vi khuẩn lam ở ruộng lúa, đã phát hiện đợc 50 loài thuộc 19 chi trong 5 bộ. Ưu thế thuộc về chi Nostoc và Anabaena, đồng thời phân lập một số chủng vi khuẩn lam nhằm thăm dò khả năng cố định nitơ của chúng. Lê Thị Huyền - 42E2 Sinh 8 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành Sinh lý - Sinh hóa thực vật Trên vùng đất mặn Huyện Thái Thụy (Thái Bình), Đoàn Đức Lân (1996) [16] đã phân lập đợc 15 loài vi khuẩn lam cố định đạm và nghiên cứu thăm dò khả năng cố đinh nitơ tự do của chúng. So với kết quả khảo sát tại ruộng lúa vùng đất ngọt thì vi khuẩn lam cố định nitơ ở vùng đất mặn có phần kém đa dạng hơn và chi Nostoc vẫn chiếm u thế trong khu vực nghiên cứu. ở khu vực Bắc Trung Bộ, Đỗ Thị Trờng (1998) [24] đã phát hiện đ- ợc 45 loài và dới loài vi khuẩn lam chúng thuộc 16 chi, 6 họ, 2 bộ ở trong đất trồng lúa huyện Hoà Vang thành phố Đà Nẵng. Nguyễn Đình San (2000) [18] đã phát hiện đợc 29 loài vi khuẩn lam ở thuỷ vực nớc ngọt bị ô nhiễm ở các tỉnh Thanh Hoá - Nghệ An - Hà Tĩnh. Nguyễn Công Kình và Võ Hành (1998) [14] đã phát hiện đợc 65 loài và dới loài của vi khuẩn lam của 19 cánh đồng lúa ở thành phố Vinh và vùng phụ cận.ở đất trồng lúa huyện Thạch Hà (Hà Tĩnh) Nguyễn Lê ái Vĩnh (2001) [28] đã phát hiện đợc 69 loài vi khuẩn lam thuộc 15 chi, 5 họ. Trong đó có 3 chi dạng sợi đơn bào, 5 chi dang sợi có tế bào dị hình, Lê Thị Thuý Hà, Võ Hành, Dơng Đức Tiến (2003) [4] đã phát hiện đợc 56 loài ở sông cả, Nguyễn Đức Diện (2003, 2004) [2] khi nghiên cứu nớc thải công nghiệp nhà máy thuộc da Vinh (TP Vinh) đã phát hiện đợc 16 loại vi khuẩn lam. 1.2. Nghiên cứu ứng dụng của vi khuẩn lam trong một số các lĩnh vực khác. Trong những thập kỷ gần đây vi khuẩn lam đã lôi cuốn đợc sự chú ý của nhiều nhà khoa học thuộc các lĩnh vực khác nhau nh : thực vật học, vi sinh vật học, sinh lý học, sinh hoá học, công nghệ sinh học và trồng trọt. Những năm gần đây vi khuẩn lam đợc tập trung nghiên cứu và sản xuất trên quy mô lớn để khai thác giá trị dinh dỡng, dợc liệu, sản xuất mỹ phẩm và làm thức ăn cho chăn nuôi. Vi khuẩn lam Spirulina có hàm lợng prôtêin cao: chiếm 60 - 70% trọng lợng khô, ngoài ra còn giàu các vitamin, nguyên tố khoáng, sắc tố, các chất có hoạt chất sinh học cao nên đã đợc nuôi trồng ở nhiều nớc trên thế giới. Những nghiên cứu và ứng dụng Spirulina cũng đợc tiến hành ở Việt Nam trong hai thập kỷ qua [11]. Bên cạnh một số vi khuẩn lam đợc con ngời sử dụng nh thức ăn. Tảo xoắn Spirulina platensis hiện nay đang đợc nuôi trồng ở nhiều nớc trên thế giới và ở Việt Nam theo quy mô công nghiệp. Sinh khối của chúng đợc ứng dụng trong y học, chăn nuôi và xử lý nớc thải. Sắc tố của Lê Thị Huyền - 42E2 Sinh 9 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành Sinh lý - Sinh hóa thực vật tảo Spirulina nh phicobilin có giá trị nhuộm màu thực phẩm, mỹ phẩm (Watababe, 1970) và điều chế vitamin B12 (1950) [theo 22]. Một số loài vi khuẩn lam tác động đến quá trình hình thành phì d- ỡng của thuỷ vực nớc ngọt, hiện tợng nở hoa nớc do vi khuẩn lam gây ra ở các thuỷ vực ảnh hởng tới mùi vị và chất lợng nớc dùng cho sinh hoạt và dùng cho công nghiệp. Hiện nay khi sự ô nhiễm môi trờng đang trở thành hiểm hoạ đối với sự sống trên hành tinh chúng ta thì vi khuẩn lam đợc sử dụng nh một tác nhân hữu hiệu trong biện pháp sinh học xử lý các nguồn nớc thải, chúng góp phần loại trừ các chất độc hại và làm tăng hàm lợng ôxi trong nớc. Một số vi khuẩn lam có khả năng cung cấp nguồn đạm tự nhiên cho cây trồng, tác dụng cải tạo đất và giữ cân bằng sinh thái tự nhiên cho đồng ruộng. Vi khuẩn lam trực tiếp gắn với khả năng cố dịnh nitơ phân tử khí quyển thành NH 4 của một số loài vi khuẩn lam và sau đó chúng đợc sử dụng cho quá trình tổng hợp axit amin và prôtêin. Sau khi vi khuẩn lam chết thì sự khoáng hoá và nitrát hoá tiếp theo sẽ bổ sung nguồn đạm cho đất và cung cấp cho thực vật bậc cao [15]. Chính vì vi khuẩn lam có vai trò quan trọng nh vậy nên trong những năm qua nhiều nớc trên thế giới và cả Việt Nam đã sử dụng vi khuẩn lam làm nguồn phân hoá bón sinh học. ở ấn Độ nhiều địa phơng ngời nông dân có tập quán ngăn chia bờ, giữ nớc ruộng trong thời kỳ ruộng bỏ hoá để tạo điều kiện cho vi khuẩn lam phát triển nhằm tăng độ phì của đất ruộng trớc khi gieo trồng [ theo 21]. Việc lây nhiễm vi khuẩn làm vào ruộng lúa để làm nguồn phân bón sinh học đã đợc tiến hành ở nhiều nớc trên thế giới. ở Thái Lan ngời ta đã nuôi đại trà một số loài nh: Anabaena siamensis, Calothrix sp, Hapalosiphon sp. ở Mỹ hãng Cyanotech còn sản xuất vi khuẩn lam dới dạng phân bón từ những loài sống trên mặt đất và có khả năng cố định hơn 100kgN 2 /ha trong một mùa sinh trởng [13]. Nhật Bản cũng nh các n- ớc khác trong vùng Đông Nam á đã lây nhiễm vi khuẩn lam vào ruộng lúa, kết quả cho thấy việc lây nhiễm vi khuẩn lam bằng con đờng sản xuất công nghiệp vào ruộng lúa đã tăng năng suất ở các điểm nghiên cứu lên 2, 7, 8, 19 và 28% sau 4 năm. Theo tính toán gây nhiễm vi khuẩn lam có thay thế cho 60kg đạm sunphát/ha. Trên đất lúa Ai Cập việc sử dụng Lê Thị Huyền - 42E2 Sinh 10